餐厨垃圾厌氧处理制沼工艺及菌群分析

发布时间：2020-11-06 13:27

　　 本研究利用新型设计制作的中试厌氧处理系统对工厂产生的餐厨垃圾废液和废渣进行了处理。中试厌氧处理系统主要由800L高固反应器(HighSolid Reactor)、200L缓冲罐和1000L新型升流式固体反应器(UpflowSolidReactor)组成,其中新型USR反应器是根据传统升流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)改进而来,去除了传统UASB反应器内的三相分离器等构件,采用空间结构来实现反应器内固液分离的目的。主要研究内容包括:新型USR反应器的启动、进料浓度对单相USR反应器运行影响、进料含固率(TS)对两相反应系统运行影响、USR反应器运行过程中产甲烷菌群结构变化和优势菌属的变化。主要结果如下:(1)新型USR反应器在在5%进料浓度、1 kgCOD/(m3·d)有机负荷率(OLR)下启动运行。运行到第30天时,反应器内pH、挥发性脂肪酸(VFA)浓度趋于稳定,反应器处理效率和产甲烷效率达到稳定。(2)USR单相运行中,当进料浓度为11%,运行负荷6.7-7.3 kgCOD/(m3 ·d)。此条件下USR反应器化学需氧量(COD)去除率达到82%以上,甲烷产率最高达到303L/kgCODremoval。进料浓度达到 33.2%时,OLR 到达 18 kgCOD/(m3·d)左右,此时USR反应器内VFA大量积累,pH变的不稳定,COD去除率下降到50%以下,甲烷产率也最低下降到104L/kgCODremoval。(3)两相厌氧体系运行中,进料含固率在6%以下时,HSR对餐厨垃圾固体残渣去除效果明显,可以保证进入USR反应器内液体中固体含量小于1.5%,USR反应器COD去除率也同样保持在81%左右,甲烷产率最高达到291 L/kgCODremoval。当原料TS大于6%时,HSR对餐厨垃圾残渣处理效果偏差,排液TS达到1.8%以上,同时USR反应器COD去除率和甲烷产率也受到影响,出现明显的降低。原料含固率的上升对反应体系显示出了明显的抑制作用。(4)利用高通量测序技术分析反应器内菌群结构和优势菌属。发现在进料浓度不同的情况下,反应器内产甲烷群架的结构和优势菌属都发生了变化,当Methanosaeta(甲烷丝菌属)为USR反应器内优势菌属时,反应器处理效率和甲烷产率都比Methanospirillum(甲烷螺菌属)为优势产甲烷菌属时要高。建立Methanosaeta为优势菌属的条件为反应器负荷为6.7-7.3 kgCOD/(m3·d)、VFA浓度低于300mg/L,TS含量为 2.2-2.5%。
【学位单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S216.4;X799
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
    1.1 餐厨垃圾概述
    1.2 餐厨垃圾特性
    1.3 餐厨垃圾的管理现状
    1.4 餐厨垃圾处理技术
        1.4.1 非资源化处理技术
        1.4.2 资源化处理技术
    1.5 厌氧消化技术
        1.5.1 厌氧消化原理
        1.5.2 厌氧消化微生物学
        1.5.3 厌氧消化过程物质的降解
        1.5.4 厌氧消化工艺
        1.5.5 厌氧消化反应器
        1.5.6 厌氧消化影响因素
    1.6 高通量测序技术
        1.6.1 高通量测序技术的原理
        1.6.2 高通量测序技术的优点
        1.6.3 高通量测序技术的应用
    1.7 研究目的,意义及研究内容
        1.7.1 研究的目的及意义
        1.7.2 研究内容
2 材料与方法
    2.1 材料
        2.1.1 仪器
        2.1.2 试剂
        2.1.3 厌氧反应器系统
        2.1.4 餐厨垃圾和接种污泥
    2.2 试验设计
        2.2.1 USR反应器的启动
        2.2.2 USR反应器的运行
        2.2.3 HSR和USR反应器的联合运行
    2.3 分析方法
        2.3.1 pH的测定
        2.3.2 TS的测定
        2.3.3 COD的测定
        2.3.4 SVI的测定
        2.3.5 VFA的测定
        2.3.6 沼气产量及甲烷含量的测定
    2.4 USR反应器菌群分析
        2.4.1 污泥样品中DNA的提取
        2.4.2 DNA样品的质量检测
        2.4.3 高通量测序
        2.4.4 序列的筛选
        2.4.5 测序数据分析
3 结果与讨论
    3.1 升流式固体反应器（USR）反应器启动过程
        3.1.1 USR反应器启动过程中COD变化情况
        3.1.2 USR反应器启动过程中TS和pH的变化情况
        3.1.3 USR反应器启动过程中甲烷产量和甲烷产率的变化情况
    3.2 升流式固体反应器（USR）单相运行
        3.2.1 进料浓度对USR反应器内有机负荷率和对COD去除率的影响
        3.2.2 进料浓度对USR反应器内VFA和pH变化情况
        3.2.3 进料浓度对USR反应器内TS和SVI的变化情况
        3.2.4 进料浓度对USR反应器内甲烷产率的变化情况
    3.3 两相高固反应器（HSR）和升流式固体反应器（USR）的联合运行
        3.3.1 进料含固率对HSR和USR反应器内COD去除率和OLR的变化情况
        3.3.2 进料含固率对HSR和USR反应器内VFA和pH的变化情况
        3.3.3 进料含固率对HSR和USR反应器内TS和SVI的变化情况
        3.3.4 进料含固率对HSR和USR反应器内甲烷产率的变化情况
    3.4 单相USR反应器古菌菌群分析
        3.4.1 OTU聚类展示
        3.4.2 进化关系分析
        3.4.3 菌落结构分析
        3.4.4 属水平上菌属丰度类分析
        3.4.5 相关性分析
4 结论
5 展望
6 参考文献
7 攻读硕士学位期间发表论文情况
8 致谢

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本文编号：2873194